基于bim技術(shù)的三維協(xié)同設(shè)計平臺的應(yīng)用

基于bim技術(shù)的三維協(xié)同設(shè)計平臺的應(yīng)用

bim技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀20世紀(jì)80年代，信息工具在中國設(shè)計領(lǐng)域很少見。到了90年代設(shè)計團隊先后引入并應(yīng)用CAD技術(shù),帶來個人工作方式的變革。2000年之后,國內(nèi)設(shè)計團隊開始嘗試基于工程項目的協(xié)同設(shè)計。2009年,BIM理念正式進入國內(nèi),并逐漸被業(yè)界所認(rèn)知,BIM在協(xié)同工作、資源整合方面的優(yōu)勢明顯初露荷角。近年,隨著國內(nèi)大型項目中陸續(xù)使用BIM技術(shù),業(yè)界普遍意識到導(dǎo)入BIM技術(shù)的重要性。BIM被認(rèn)為是能夠突破生產(chǎn)效率低和資源浪費等諸多建筑業(yè)普遍存在的問題的關(guān)鍵技術(shù)之一,已經(jīng)成為工程技術(shù)發(fā)展的主流方向。整合、協(xié)同是BIM的核心概念。BIM帶來的不僅是激動人心的技術(shù)沖擊,BIM技術(shù)與協(xié)同設(shè)計技術(shù)結(jié)合,能夠有效促進多個專業(yè)的相互協(xié)作,建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備在同一模型上共享數(shù)字化模型信息進行協(xié)同設(shè)計。如果把BIM技術(shù)比作是生產(chǎn)力的話,多專業(yè)協(xié)同就是生產(chǎn)關(guān)系。不同專業(yè)人員使用各自的BIM模型,與其他人的信息模型鏈接、同步后,可以大幅發(fā)揮可視化設(shè)計和團隊工作的優(yōu)勢,通過碰撞檢查,快速及時、準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)碰撞和解決矛盾,從而提高效率和質(zhì)量。1大項目共同設(shè)計的研究對象和理論基礎(chǔ)1.1專業(yè)協(xié)同設(shè)計工作方式建筑業(yè)正在經(jīng)歷建筑信息化的變革過程。在近幾年,基于BIM的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計工作方式也逐漸被關(guān)注。少數(shù)單位也展開相關(guān)的嘗試,但大多用在普通單體項目中,在超大型項目群項目中的應(yīng)用還是鳳毛麟角,本研究的重點就是在此。1.2超開發(fā)式項目群協(xié)同設(shè)計的特點本研究的理論基礎(chǔ)是協(xié)同設(shè)計理論,但是超大型項目群的協(xié)同設(shè)計不同于一般意義上的協(xié)同設(shè)計,更側(cè)重于設(shè)計管理,具有的群體性、交互性、分布性和協(xié)作性特點。2復(fù)雜項目群體合作設(shè)計研究方法和研究框架2.1學(xué)習(xí)方法研究基于后世博B片區(qū)項目實踐,將協(xié)同設(shè)計有關(guān)理論與具體問題相結(jié)合,探索項目群BIM多專業(yè)協(xié)同設(shè)計方法。2.2總體協(xié)調(diào)、微觀分析的方法本研究著重探討了如何在項目群中實現(xiàn)十幾家設(shè)計院的三維協(xié)同,將各家的成果集成起來,進行總體協(xié)調(diào),將協(xié)同設(shè)計工作方法真正的應(yīng)用到項目群的設(shè)計過程中。從宏觀上進行把控,對項目群進行便捷、準(zhǔn)確、有效的協(xié)調(diào)審查和管理分析。研究框架如圖1:3項目團隊的合作設(shè)計必要3.1項目所需資源及設(shè)計主體世博園B區(qū)是世博園區(qū)后續(xù)開發(fā)利用的第一個區(qū)域,規(guī)劃成央企總部聚集區(qū)和國際一流的商務(wù)區(qū)。用地面積約18.72萬m2。B片區(qū)(圖2)共有28棟建筑,分屬13家央企,15家投資主體參與,包括中國商飛、中國鋁業(yè)、中國華電、國家電網(wǎng)、中國中化、中國建材、中國華能、中外運、中信、中國黃金等?？偨ㄖ娣e逾百萬m2(地下面積約45萬m2,地上建筑面積約為59.7萬m2),其中4棟為28層高層,最高120m,其余為6~16層。項目的設(shè)計參與單位多達十余家。由此可見,后世博B片區(qū)央企總部基地項目群具有:項目參與方多、項目性質(zhì)復(fù)雜、項目功能全面、涉及專業(yè)廣、工程量大、投資多、技術(shù)復(fù)雜、時間緊迫、質(zhì)量要求高等特點。3.2復(fù)雜項目群體的組織結(jié)構(gòu)影響多業(yè)主主體的發(fā)展傳統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計適用于項目單一、規(guī)模不大、業(yè)主唯一、單一指令等特點的項目,而對于復(fù)雜項目群體而言,多個單體業(yè)主同時參與決策,每個單體業(yè)主都形成獨立決策主體,而單體項目之間并非獨立,而是相互聯(lián)系相互交界,多業(yè)主基于自身利益考慮,其決策勢必引起項目開展過程中的矛盾,且各單體組織間過于孤立,因此垂直的組織結(jié)構(gòu)形式不利于復(fù)雜項目群體多業(yè)主的建設(shè)。組織的復(fù)雜性和多元化勢必引起指令傳達的多元化,單體項目之間的組織孤立加大了項目的難度(圖3),這樣在項目進行過程中往往因組織管理和協(xié)調(diào)不暢而影響項目的開展,因此在復(fù)雜項目群體項目中,組織的集成化非常重要。BIM技術(shù)的基本理念是集成化,這樣有助于將分散孤立的組織形成較為集成化的協(xié)同組織(如圖4所示)。4設(shè)計方法的分析4.1實施標(biāo)準(zhǔn)化,統(tǒng)一協(xié)作平臺在世博B片區(qū)項目中,項目總協(xié)調(diào)方為順利實施BIM技術(shù),聯(lián)合上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計集團、上海市建筑科技研究院、上海建工、上海城建院等幾家主要參與單位共同編制了《上海世博B片區(qū)央企總部區(qū)BIM工作手冊》(圖5)。工作手冊詳細(xì)規(guī)定了BIM實施的總體流程、各方(設(shè)計方、施工方和監(jiān)理方)實施BIM的職責(zé)、BIM實施的標(biāo)準(zhǔn)、BIM協(xié)作平臺使用標(biāo)準(zhǔn)等。各單體按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進行BIM模型的建立、屬性設(shè)置,以及統(tǒng)一協(xié)作平臺上文件的命名、文件交付標(biāo)準(zhǔn)等,便于各方進行數(shù)據(jù)信息的溝通和協(xié)調(diào)。在世博B片區(qū)項目全過程應(yīng)用中,標(biāo)準(zhǔn)起到了關(guān)鍵性的作用,避免了許多技術(shù)上的障礙,但還需要面對一些難題,例如:BIM與設(shè)計的整合,BIM與施工整合,以及BIM分析結(jié)果如何雙向反饋到設(shè)計和施工等,這些問題的解決與否,直接關(guān)系到BIM工作的成敗,影響世博B片區(qū)項目的質(zhì)量、進度和成本。為此,現(xiàn)代建筑設(shè)計集團配合業(yè)主,結(jié)合工程實際需求,制定BIM建筑信息模型協(xié)同工作實施流程解決BIM設(shè)計、施工的整合及BIM成果雙向反饋的問題,主要起草編制了后世博BIM總體實施流程和《設(shè)計導(dǎo)則及統(tǒng)一技術(shù)措施》(圖6所示),統(tǒng)一了工作流程,創(chuàng)造性地更新了傳統(tǒng)工作模式,鼓勵各設(shè)計單位在具備實力的情況下直接進行BIM設(shè)計。4.2集中共享機制有了標(biāo)準(zhǔn)和流程,還應(yīng)設(shè)置相匹配的平臺。經(jīng)過走訪和學(xué)習(xí)一批國內(nèi)知名的設(shè)計、工程單位,以及若干重大項目后,發(fā)現(xiàn)采用以往的單體項目的協(xié)同平臺,可能會出現(xiàn)處理決策滯后,整體協(xié)同進度效率受影響的弊端。究其原因,在于各單體的設(shè)計決策并未通過協(xié)同工作平臺執(zhí)行,而在各自單體平臺中執(zhí)行,導(dǎo)致了溝通執(zhí)行效率的降低,效果不暢。項目群工程中,必須要將協(xié)同設(shè)計工作貫徹到底,推動各單體建筑之間的必要協(xié)同,使信息處理與決策交互化、全局化,才能真正實現(xiàn)最大化協(xié)同的價值。結(jié)合本項目特點,B片區(qū)項目群確立基于項目群體協(xié)同的信息集中共享機制,所有的設(shè)計、變更修改模型及信息在協(xié)同工作平臺內(nèi)共享,減少了信息傳遞步驟,通過信息資源共享提升了信息傳遞效率。為了實現(xiàn)這些目標(biāo),后世博B片區(qū)項目總協(xié)同方及各主要參與單位采用了項目群協(xié)同管理平臺,設(shè)計單位采用GIS與BIM相結(jié)合的項目群協(xié)同設(shè)計平臺,并將兩者進行了有機集合。4.2.1工作流的管理及應(yīng)用成果后世博B片區(qū)央企總部項目群參與方眾多,包括十幾家業(yè)主、十幾家設(shè)計單位、施工承包單位、監(jiān)理公司、供應(yīng)商等等。以往各參與方在項目進行過程中往往采用傳統(tǒng)的點對點溝通方式,不僅增大了開銷,提高了成本,而且也無法保證溝通信息內(nèi)容的及時性和準(zhǔn)確性。為了確實掌握項目的需求,上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計集團信息中心數(shù)字化技術(shù)研究咨詢部通過向各單體業(yè)主發(fā)放了數(shù)十份《項目群BIM技術(shù)應(yīng)用調(diào)查問卷》(圖7),實施了長達兩個月的需求調(diào)研。經(jīng)過對調(diào)查結(jié)果進行分析和梳理,反映各參與方對協(xié)同管理平臺的需求主要集中在:1)實時集成:集中化存儲來自多個項目參與方的BIM資料,文件變更文檔修改實時更新,將功能規(guī)劃、方案設(shè)計、分析模擬、施工規(guī)劃、施工管理、設(shè)備采購管理等各階段的應(yīng)用集成并接入數(shù)據(jù)中心。2)工程目錄與流程管理:根據(jù)不同的業(yè)務(wù)范圍和工作職責(zé),制定工作文檔編碼和目錄架構(gòu),方便項目資料的發(fā)布和各專業(yè)、各部門間的設(shè)計配合。工作流的管理,對協(xié)同設(shè)計工作流程進行規(guī)范,保證各個流程成果可控。3)安全訪問控制:區(qū)分不同文件的訪問及管理權(quán)限,保障信息內(nèi)容的安全存儲和訪問。在數(shù)據(jù)與操作的管理上,將數(shù)據(jù)層與操作層分離,集中存儲分散的工程內(nèi)容信息,保證可控制性和安全性。經(jīng)過對市場上的相關(guān)產(chǎn)品進行對比篩選,最終選擇了ProjectWise平臺作為項目群管理平臺,主要用于信息交流溝通,決策處理。協(xié)同管理平臺把項目周期中各個參與方集成在一個統(tǒng)一的工作平臺上,改變了傳統(tǒng)的分散的交流模式,實現(xiàn)信息的集中存儲與訪問,從而縮短項目的周期時間,增強了信息的準(zhǔn)確性和及時性,提高了各參與方協(xié)同工作的效率。協(xié)同管理平臺主要應(yīng)用成果如下:1)管理項目過程中各種設(shè)計文件設(shè)計過程中使用的軟件眾多,產(chǎn)生了各種格式的文件,這些文件之間還存在的復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系,這些關(guān)系也是動態(tài)發(fā)生變化的,通過協(xié)同管理平臺良好地控制工程設(shè)計文件之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,并自動維護這些關(guān)系的變化,減少了設(shè)計人員的工作量。2)項目異地分布式存儲由于參與方眾多,分布于上海、北京、廣州等地。協(xié)同管理平將各參與方工作的內(nèi)容進行分布式存儲管理,通過本地緩存技術(shù),保證了對項目內(nèi)容的統(tǒng)一控制,也提高了異地協(xié)同工作的效率。3)全方位的發(fā)布圖檔協(xié)同管理平臺后端采用Publisher發(fā)布引擎,可以動態(tài)地將設(shè)計文件、辦公常用格式的管理文件以及光柵影像文件發(fā)布出來,設(shè)計文件發(fā)布后完全保留原始文件中的各種矢量信息、圖層以及參考關(guān)系,充分保證了信息的完整性。項目參與方不需要再安裝專業(yè)設(shè)計軟件,就可以直接通過瀏覽器來查看項目中的各種文件,簡單快捷,也節(jié)省了購買部分專業(yè)軟件的成本。4)安全訪問控制工程項目參與方眾多,如何保證信息內(nèi)容的安全存儲和訪問至關(guān)重要。協(xié)同管理平臺的數(shù)據(jù)層與操作層分離,收集了分散的工程內(nèi)容信息,采用了集中統(tǒng)一存儲的方式,加強了可控制性和安全性。對于用戶訪問,采用了用戶級、對象級和功能級等三種方式進行控制。用戶需要使用用戶名稱和密碼登錄系統(tǒng),按照預(yù)先分配的權(quán)限,訪問相應(yīng)的目錄和文件,這樣保證了適當(dāng)?shù)娜四軌蛟谶m當(dāng)?shù)臅r間訪問到適當(dāng)?shù)男畔⒌倪m當(dāng)?shù)陌姹尽?)工作流程管理在協(xié)同管理平臺中,制定了本項目的工作流程和流程中的各個狀態(tài),并且賦予用戶在各個狀態(tài)的訪問權(quán)限。當(dāng)使用工作流程時,文件可以在各個狀態(tài)之間串行流動到某個狀態(tài),在這個狀態(tài)具有權(quán)限的人員就可以訪問文件內(nèi)容。通過工作流的管理,可以更加規(guī)范設(shè)計工作流程,保證各狀態(tài)的安全訪問。6)內(nèi)部消息溝通協(xié)同管理平臺用戶之間通過消息系統(tǒng)相互發(fā)送內(nèi)部郵件,通知對方設(shè)計變更、版本更新或者項目會議等事項。7)設(shè)計工作日志協(xié)同管理平臺自動記錄所有用戶的設(shè)計過程,包括用戶名稱,操作動作,操作時間以及用戶附加的注釋信息。這些過程的記錄,是設(shè)計質(zhì)量管理的重要組成部分。4.2.2平臺數(shù)據(jù)集成及應(yīng)用僅有協(xié)同管理平臺不能夠滿足協(xié)同設(shè)計的全部需求。鑒于工程的特點,我們采用了GIS與BIM相結(jié)合作為協(xié)同規(guī)劃設(shè)計平臺,以實現(xiàn)巨大地下空間和高密度建筑群的設(shè)計工作。同時協(xié)同設(shè)計平臺對各設(shè)計單位的BIM幾何數(shù)據(jù)和信息進行集成管理,達到高效統(tǒng)一調(diào)度,實現(xiàn)總體規(guī)劃與單體相統(tǒng)一。經(jīng)過對市場上的相關(guān)產(chǎn)品進行對比篩選,最終選擇了Autodesk360、Infraworks和Revit等數(shù)種BIM軟件作為三維協(xié)同設(shè)計工具。各設(shè)計單位將BIM設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存貯在PW協(xié)同管理平臺上,并通過AIW將模型數(shù)據(jù)進行集成,實現(xiàn)三維協(xié)同設(shè)計平臺與協(xié)同管理平臺的結(jié)合(圖10)。通過平臺與各方信息實時交互,動態(tài)獲取項目實時更新信息,實現(xiàn)設(shè)計、工程進展跟蹤的動態(tài)同步。AIW可以鏈接Revit生成的RVT文件,實現(xiàn)BIM、GIS平臺互補協(xié)作(圖11)。三維協(xié)同設(shè)計平臺AIW的數(shù)據(jù)庫中將單體建設(shè)總平面圖、土地利用平面圖、道路豎向規(guī)劃融入一個數(shù)據(jù)庫內(nèi),將各項目的整體經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)(層數(shù)、建筑高度、總建筑面積、綠地面積等)進行整合,滿足規(guī)劃設(shè)計分析的數(shù)據(jù)需要。從宏觀和微觀上,確保項目群的經(jīng)濟指標(biāo)得到保證,提升設(shè)計品質(zhì),規(guī)避項目風(fēng)險(圖12)。4.3項目群性能模擬及仿真性能化分析不能脫離周邊環(huán)境,孤立地對單體進行研究。在宏觀環(huán)境及外力影響下,單體項目勢必會存在不確定性干擾,性能分析就是一個典型的例子。常規(guī)性能分析多以項目單體為主,難免會出現(xiàn)分析結(jié)果偏誤,導(dǎo)致顧此失彼,缺乏系統(tǒng)性、宏觀性。此外,傳統(tǒng)測繪方法難以獲得準(zhǔn)確的周邊環(huán)境數(shù)據(jù)。在本項目中通過BIM與GIS技術(shù)相結(jié)合,精確地再現(xiàn)了整個世博片區(qū)的地理信息和建筑群,包括建筑、公共設(shè)施、道路、水體等為性能模擬提供了前提條件(圖13)。項目群的集群性能仿真分析,避免了單體分析局限性的同時,提升了項目群性能仿真分析的可靠度,為優(yōu)化設(shè)計提供了有效手段,為項目群的整體性能參數(shù)提升提供可靠保障。性能模擬方面實施了日照、抗風(fēng)、抗震、交通、疏散、節(jié)能、環(huán)境影響分析等。隨著設(shè)計不斷深化,三維模型數(shù)據(jù)也越加豐富。分析遵循從群體到單體,再從單體到群體的邏輯,通過設(shè)計—分析—再設(shè)計的流程形成了交互式性能化優(yōu)化設(shè)計,真正意義上優(yōu)化設(shè)計成果,提高了設(shè)計的品質(zhì)(圖14)。為全園區(qū)實現(xiàn)二星以上的綠色建筑的目標(biāo),提供了有力技術(shù)支持。4.4復(fù)雜地下空間協(xié)同設(shè)計技術(shù)世博會地區(qū)會展及其商務(wù)區(qū)B片區(qū)地下空間的開發(fā)貫徹了四統(tǒng)一的基本原則,即“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一施工、統(tǒng)一管理”。將地下空間開發(fā)利用與城市建設(shè)、經(jīng)濟建設(shè)、市政交通設(shè)施、城市抗災(zāi)救災(zāi)和人防工程建設(shè)相結(jié)合。因此,控制各地塊地下空間設(shè)施規(guī)模、開發(fā)層數(shù),地下空間的布局以及與軌道交通的對接接口、預(yù)留通道、公共設(shè)施的設(shè)計就變得十分重要。以往項目設(shè)計過程中,單體項目受限于平臺及技術(shù)手段,在設(shè)計協(xié)同上無法達到完全一致,在坐標(biāo)、專業(yè)及功能方面的協(xié)同上,均可能會存在異步的問題。坐標(biāo)異步,可能造成不同項目的地下空間交接區(qū)域出現(xiàn)較大的誤差,亦可能影響市政管線布置;各專業(yè)溝通不足和疏忽,則可能會造成地下空間之間可能的設(shè)備管線沖突、功能空間流線未達到最優(yōu)化設(shè)計。通過全三維協(xié)同設(shè)計,可以有效避免沖突,并提升復(fù)雜地下空間的工作效率。上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計集團作為項目的總控方,通過編制B片區(qū)《設(shè)計導(dǎo)則及統(tǒng)一技術(shù)措施》(圖15),制定了統(tǒng)一的技術(shù)措施,并借助三維協(xié)同設(shè)計平臺核查,可確保坐標(biāo)系、控制線的精準(zhǔn)一致。通過統(tǒng)一規(guī)范項目群各單體的協(xié)同標(biāo)準(zhǔn),保障超大項目群公共地下空間之間的流暢協(xié)同,規(guī)避了共地下空間的可能出現(xiàn)的各種風(fēng)險。而在全三維協(xié)同設(shè)計的環(huán)境下,建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備專業(yè)在同一環(huán)境下協(xié)同工作,提高了項目設(shè)計的協(xié)同水平。而項目群的集群設(shè)計協(xié)同,在復(fù)雜的公共地下空間的協(xié)同設(shè)計過程中,有效解決了不同項目之間專業(yè)協(xié)同的不同步問題。對于公共地下空間的設(shè)備管線以及地下市政管網(wǎng)來說,集群的協(xié)同設(shè)計能有效保證建筑群設(shè)備管線與市政管線的完美對接,避免了項目施工過程中出現(xiàn)二次調(diào)整的情況?？梢哉f,借助于三維協(xié)同設(shè)計平臺充分發(fā)揮地下空間資源開發(fā)利用,帶來了顯著的成效(圖15)。4.5bim技術(shù)實施整體特點傳統(tǒng)模式中,造